CC BY
70
© В.Г. Зотеев, Т.К. Костерова, М.Г. Морозов, Н.В. Рудницкая,
2004
УДК 550.8
В.Г. Зотеев, Т.К. Костерова, М.Г. Морозов, Н.В. Рудницкая
ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЗАХОРОНЕНИЯ ОТХОДОВ ОБОГАЩЕНИЯ МЕДНО-ЦИНКОВЫХ РУД, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЙ ЗАЩИТУ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ВОЗМОЖНОСТЬ ИХ ПОВТОРНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ
Семинар № 1
Экстенсивное развитие промышленного производства, имевшее место в СССР в период после окончания Отечественной войны до его распада, сопровождалось образованием гигантских объемов отходов, для размещения которых из хозяйственного оборота было изъято около полутора миллиардов га земельных угодий. Поскольку складирование отходов осуществлялось в большинстве случаев без природоохранных мероприятий, то в ряде промышленных регионов состояние окружающей среды по степени загрязнения воздуха, поверхностных и подземных вод достигло критического. Такая ситуация, в частности характерна для значительной части территорий Свердловской, Челябинской, Пермской, Оренбургской и Тюменской областей, а также республики Башкортостан.
Особую опасность для окружающей среды представляют накопители отходов, образовавшиеся при разработке месторождений цветных металлов, а также руд черных металлов с повышенным содержанием в них сульфидов [1].
Как свидетельствует анализ данных, публикуемых в «Государственных докладах о состоянии окружающей природной среды и влиянии факторов среды обитания на здоровье населения Свердловской области» [2, 3] содержание тяжелых металлов в водах отдельных рек, являющихся основными источниками водоснабжения, по среднегодовым показателям превышает 10 ПДК, а разовые концентрации в некоторых реках, впадающих в водохранилища питьевого водоснабжения, достигают 400 ПДК и выше. Аналогичная ситуация сложилась и в других областях Уральского региона.
Сопоставительными расчетами по концентрациям тяжелых металлов в речных водах Свердловской области с их количеством, сбрасываемым с неочищенными и недоочищенны-ми промышленными водами, установлено, что долевое участие сточных промышленных вод в общем загрязнении рек не превышает 3 %, а основным источником загрязнения является фильтрат, поступающий из накопителей промышленных отходов. Таким образом, кардинальное улучшение состояния окружающей среды в горнопромышленных регионах и, особенно, снижение концентрации тяжелых металлов в речных водах может быть реализовано только за счет переработки накопителей техногенных отходов или защиты от проникновения в них атмосферных осадков и поверхностных вод.
Необходимость кардинального решения проблемы с ликвидацией накопителей промышленных отходов диктуется также тем, что большинство из них располагается внутри или в непосредственной близости от жилой зоны городов и поселков городского типа и поймах рек, вследствие чего их негативное воздействие на условия обитания населения сохраняется даже в тех случаях, когда опасный вид производства полностью ликвидирован. Так вынос хрома шестивалентного из шламоотстойников ПО «Хромпик» в г. Первоуральске, высокие концентрации которого прослеживаются не только в р. Чусовая, но и в Каме и Волге, наблюдается на протяжении более 7 лет, хотя переработка хромитовых руд была прекращена еще в 1993 г.
Карьер Глубина, Занимаемая Объем Состояние объекта
м площадь, га 3 млн. м
Главный 275 108,0 72,3 Заполнен хвостами (заскладиро-вано 5,6 млн.м3)
Меднорудянский 76 23,8 6,2 В стадии доработки
Каменский 106 20,4 4,6 Заполнен хвостами
Черемшанский 30 3,7 0,6 Заполнен хвостами
Западный 87 169,0 5,3 Заполнен сухими хвостами
Северо-Лебяжинский Заполнен хвостами
Мраморный 12 5,4 0,24 Законсервирован
Ивановский 72 29,6 20,0 Заполнен хвостами
Горбуновский 40 22,8 6,2 Заполнен вскрышными породами
Для оздоровления экологической ситуации в неблагополучных регионах в качестве первоочередных мероприятий необходимо выполнить следующее:
- провести экспертную оценку степени опасности накопителей промышленных отходов, размещенных на их территориях, с целью выявления наиболее опасных объектов;
- оценить экономическую целесообразность переработки этих накопителей с целью извлечения из них ценных металлов, а также использования отходов для нужд строительства;
- подготовить и распространить рекламные материалы по накопителям с целью выявления потенциальных инвесторов для их переработки;
- сформулировать природоохранные требования, которым должно соответствовать вновь организуемое производство, включая ограничения по складированию вторичных отходов.
Последнее условие является первоочередным при переработке промышленных накопителей, когда объем вторичных отходов превышает 70 % и более от первичных. Такая ситуация неизбежна, в частности, при переработке отвалов некондиционных руд, металлургических шлаков, хвосто- и шламохранилищ с целью извлечения меди, цинка, серебра, золота, кобальта и т.п., если поблизости отсутствуют потребители таких материалов как щебень и песок. В последнем случае плата за землеотвод под новый полигон для складирования вторичных отходов может оказаться выше дохода от реализации получаемой продукции.
Так как большинство отвалов некондиционных руд располагается вблизи карьеров и шахт, из которых они были извлечены, а отходы обогащения (хвосты) располагаются вблизи обогатительных фабрик, т.е. также на незначительном удалении от горных выработок, то
представляется логичным и экономически выгодным складирование вторичных отходов в выработанное пространство, поскольку при этом:
- исключается изъятие из хозяйственного оборота земель для размещения вторичных отходов;
- затраты на транспортирование вторичных отходов, из-за малой дальности доставки, сводятся к минимуму;
- обеспечивается выполнение самого дорогостоящего этапа рекультивации земель, нарушенных горными работами, за счет перемещения отходов, заскладированных на земной поверхности, в полости, образовавшиеся при выемке руды, т.е. в условия их естественного залегания;
- если при складировании отходов в выработанное пространство уровень их поверхности не будет превышать местного базиса разгрузки подземных (грунтовых) вод, а поверхность отходов будет перекрыта противофильт-рационным экраном, исключающим инфильтрацию в них атмосферных осадков, то процесс окисления оставшихся в них рудных минералов практически исключается;
- гидроизоляция заскладированных отходов и сохранность в них рудных минералов на многие десятилетия обеспечивает возможность их повторной переработки при истощении запасов данного сырья или возникновении спроса на содержащиеся в них металлы, которые ранее не извлекались (индий, скандий и др.).
Острая ситуация с угнетающим воздействием накопителей техногенных отходов на окружающую среду и дефицитом свободных земель для складирования вновь образующихся отходов сложилась в г. Н-Тагил уже в конце 70-х годов, а в 90-х годах эта территория была
отнесена по условиям проживания населения к критической.
С целью решения проблемы дефицита земель для размещения отходов и снижения их угнетающего воздействия на население города было принято решение о складировании вскрышных пород и хвостов в выемки отработанных карьеров. Реализация этого решения не только ликвидировала проблему выделения новых земельных участков под полигоны для складирования вновь образующихся отходов, но и обеспечила возможность вовлечения в переработку лежалых хвостов Черемшанского хвостохранилища. Современное состояние использования выемок отработанных карьеров Высокогорского ГОКа показано в таблице.
Если учесть, что средняя высота отвалов Высокогорского ГОКа не превышала 30 м, а мощность хвостов в Черемшанском хвостохра-нилище - 15 м, то использование карьерных выемок обеспечило отказ от изъятия из землепользования 5,8 тыс. га.
Еще одним крупным преимуществом использования карьерных выемок, помимо малой дальности доставки отходов, является возможность транспортировки жидких отходов (хвосты и шламы) самотечным или низконапорным транспортом. Кроме того, исключаются существенные потери из накопителя и упрощается система оборотного водоснабжения.
При разработке руд месторождений цветных металлов, потери таких ценных компонентов как медь и цинк достигают 20 - 30 %, поэтому после прекращения сброса в хвостохра-нилище свежей пульпы с водородным показателем рН > 10, кислотность поровой воды начинает увеличиваться за счет окисления сульфидов. Этот процесс будет протекать с нарастающей скоростью снижения рН , при этом интенсивность его будет тем выше, чем больше содержание пирита в хвостах и тоньше их помол. Как свидетельствуют результаты обследования старых отвалов и хвостохранилищ, их фильтрат имеет рН < 2 - 3, а содержание тяжелых металлов достигает в нем нескольких г/дм3. Поступление такого фильтрата в поверхностные и подземные воды ведет к невозможности их использования не только для питьевого, но и хозяйственного водоснабжения.
Аналогичная ситуация имеет место с рудничными водами, изливающимися на земную
поверхность после прекращения добычных работ.
С учетом вышеперечисленных особенностей накопителей отходов переработки цветных металлов, при проектировании новых и реконструкции старых необходимо предусматривать их повторную переработку за счет подземного выщелачивания, а для консервируемых рудников, извлечение цветных металлов, содержащихся в списанных и забалансовых запасах, оставшихся в недрах путем их извлечения из воды, откачиваемой из шахтных стволов и возвращаемых в зону обрушения после извлечения из них металла.
Методическое обоснование возможности использования подземных пустот для складирования отходов горного производства с использованием автомобильного и гидротранспорта, обеспечивающее защиту подземных вод от загрязнения приведено в работах [4, 5]. Эти методические указания, разработанные по заданию Правительства Свердловской области, утверждены Департаментом природных ресурсов по Уральскому региону.
Возможность доизвлечения ценных металлов из техногенных отходов можно продемонстрировать на примере карьера № 2 Гайского ГОКа, в который проектируется складировать хвосты обогащения (рис. 1):
- после заполнения карьера хвостами до уровня местного базиса разгрузки их поверхность перекрывается противофильтрационным экраном;
- в центральной части карьера проходится одна или несколько скважин до дна карьера, которые обсаживаются полиэтиленовыми трубами, а нижняя часть оборудуется фильтром (в трубе делаются прорези и она обматывается стеклотканью);
- через экран проходится серия коротких скважин, через которые в хвостохранилище подаются шахтные или кислые воды из старого хвостохранилища после извлечения из них меди и цинка;
- при достижении в поровой воде нижней части хвостохранилища рентабельного содержания металла из центральной скважины начинается откачка воды с последующим извлечением из нее меди и цинка, затем вода сливается в регенерационный прудок, где происходит окисление Ее+2 до ре*ъ и вода вновь попадает в хвостохранилище (при недостаточной кислотности в нее добавляется н 2 504).
Если содержание металла в воде недостаточное для организации его извлечения, то откачка воды не ведется, или ведется в минимальном объеме для поддержания заданного уровня депрессии. По мере откачки воды из водозаборной скважины поддержание уровня в ней будет происходить за счет подъема воды из глубинной части, то содержание металла в ней будет максимальным. Относительно высокая температура подземных вод обеспечивает возможность почти круглогодичной эксплуатации системы. По-
видимому, прекращение работы установки целесообразно только на период зимней межени, когда из-за малых водопритоков понижение уровня воды в хвостохра-нилище не требуется.
В 1994 г. были полностью прекращены добычные работы на одном из самых богатых меднорудных месторождений
Свердловской области - Дегтяр-ском - основном производителе меди в годы Отечественной войны. Разработка месторождения велась более 60 лет, поэтому, из-за несовершенства систем разработки, использовавшихся в 30-50 годы, высоких концентраций по
Рис. 2. Гидрогеологическая схема
Дегтчрского меднорудного месторождения по состоянию на 1989 г. (Вос-токрутов А. Г.)
Масштаб 1:30000
содержанию металла, аварийных ситуаций и т.п. в недрах в виде целиков, потолочин, аварийных блоков и т.п. потери руд, помимо некондиционных, превышают 30 %. Так как все рудные тела находятся внутри зоны обрушения (рис. 2 и 3), то они подверглись интенсивному дроблению, поэтому массив в пределах зоны обрушения имеет коэффициент фильтрации на
УО(ОВНЫГ ОКОШЛЧЫШЛ
|К.рф|Ц»||ты. 4 ПМ.11ЧТЫ.
К1\фы
I Щ Туфы. г>ффнти.-пфс1псрии«1™,
■™ Т>+£*ЛВНЩ* И
Кфы р4МК№4^илнщ1С I
14 фи |чшюб.1
ГрЩИНЫ ЧЙ*Д' р1)1Ю1МрКТ»Нин
3 порядка выше, чем окружающий скальный массив.
В настоящее время, из-за отключения руд-
Рис. 3. Схематический геологический разрез Дегтчрского меднорудного месторождения.
Масштаб: горизонтальный 1:10000 Вертикальный 1:5000
ничного водоотлива уровень грунтовых вод практически восстановился, что привело к затоплению погребов, а вода в колодцах имеет рН = 3 и ниже. Резко ухудшилось качество воды в реках и озерах в окрестностях города, а так как значительная часть населения г. Дегтярска проживает в частном секторе и использует колодезную воду, то сложившуюся ситуацию нельзя оценить иначе, чем критической.
Вместе с тем, если учесть, что до 1985 г. на Дегтярском руднике действовали цементационные установки по извлечению меди из рудничных вод, при этом их эксплуатация была рентабельной даже при весьма низких ценах на медь, то в настоящее время восстановление их эксплуатации позволило бы в значительной мере, а возможно и полностью окупить затраты на водопонижение до приемлемого уровня грунтовых вод с целью восстановления качества воды в колодцах, реках и озерах. Принципиальная
схема организации таких установок показана на рис. 4. Наличие нескольких ставов из полиэтиленовых труб, опущенных еще в сохранив-
1. Зотеев В.Г., Костерова Т.К., Жуковская Е.П. Прогноз выноса тяжелых металлов из техногенных объектов атмосферными осадками// Безопасность жизнедеятельности, 2002. - № 7. - С. 23-27.
2. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды и влиянии факторов среды обитания на здоровье населения Свердловской области в
1997 г.». - Екатеринбург: Госкомэкологии, 1998. - С. 104-110.
3. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды и влиянии факторов среды обитания на здоровье населения Свердловской области в
шиеся шахтные стволы, позволит свести затраты на откачку растворов до приемлемого минимума.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1998 г.». - Екатеринбург: Госкомэкология, 1999. - С. 8386.
4. Методические указания по оборудованию полигонов для захоронения техногенных отходов в отработанных карьерах// Экологический бюллетень Правительства Свердловской области, 1998. - № 12.
5. Методические рекомендации по оборудованию карьерных выемок под складирование отходов обогащения с использованием гидротранспорта// Экологический бюллетень Правительства Свердловской области, 2001. - № 5 и 6.
— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------------------
Зотеев В.Г., Костерова Т.К., Морозов М.Г., Рудницкая Н.В.— Уральская государственная горногеологическая академия, Екатеринбург.
------------------------------------------- © В.Г. Зотеев, М.Г. Морозов,
Т.К. Костерова, 2004
УДК 550.8
В.Г. Зотеев, М.Г. Морозов, Т.К. Костерова
ОПЫТ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ЗЕМЕЛЬ НАРУШЕННЫХ ПОДЗЕМНЫМИ ГОРНЫМИ РАБОТАМИ НА ТЕРРИТОРИИ Г.БЕРЕЗОВСКОГО С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТХОДОВ ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Семинар № 1
~П городе Березовском Свердловской области более чем за 250-летний период разработки золоторудного месторождения подземным способом в пределах жилой зоны сформировалось более 40 провалов и воронок обрушения общим объемом около 600 тыс. м3. Глубина этих воронок достигает 20 м при диаметре на земной поверхности до 100 м и более.
Практически ни один из этих провалов не имеет ограждения, поэтому они представляют реальную угрозу для жизни людей и животных. В тоже время, в непосредственной близости от провалов, внутри зоны сдвижения, построено большое количество жилых домов, что в случае постановки рудника на «мокрую» консервацию, повлечет за собой их разрушение в ре-
